RU2527615C1 - Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft - Google Patents
Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527615C1 RU2527615C1 RU2013128660/11A RU2013128660A RU2527615C1 RU 2527615 C1 RU2527615 C1 RU 2527615C1 RU 2013128660/11 A RU2013128660/11 A RU 2013128660/11A RU 2013128660 A RU2013128660 A RU 2013128660A RU 2527615 C1 RU2527615 C1 RU 2527615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- astronaut
- seat
- overloads
- chair
- spacecraft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пилотируемой космонавтики и служит для создания достаточной физиологической переносимости перегрузок, действующих на космонавтов на динамических участках полета корабля, при штатной посадке и в расчетных нештатных ситуациях, вероятных при выводе корабля на орбиту и при возвращении на Землю.The invention relates to the field of manned space exploration and serves to create sufficient physiological tolerance for overloads acting on astronauts in dynamic sections of the spacecraft’s flight, during regular landing and in calculated emergency situations, probable when the ship is put into orbit and when it returns to Earth.
Известен способ обеспечения переносимости космонавтами эксплуатационных и аварийных перегрузок в космическом летательном аппарате, применяемый в настоящее время на спускаемых аппаратах кораблей типа «Союз» с использованием амортизационных кресел космонавтов типа «Казбек» (1. Сайт ОАО «НИИ «Звезда» npp.ru/kasbek.html; 2. Изделие «Казбек-У». Техническое описание и инструкция по эксплуатации 115-7500-0 ТО, ОАО «НЛП «Звезда» (п.я. 3927), 1985 г.; 3. Барер А.С. Предел переносимости. Т.1. М.: БЛОК-Информ-Экспресс, 2012). Способ заключается в том, что с тела космонавта, одетого в полетный скафандр, изготавливают гипсовый слепок, по которому отливают из полимерного материала персональный ложемент, плотно вкладываемый в каркас кресла, и оснащают каждое кресло регулируемым амортизатором, через который оно соединяется с корпусом спускаемого аппарата (СА). При этом взаимное расположение кресла, амортизатора и корпуса СА выбирают таким, чтобы угол между направлением перегрузки и продольной осью тела (так называемый «физиологический угол») составлял величину, равную ≈78°, обеспечивающую максимальную переносимость перегрузок человеком («Космонавтика». Энциклопедия под ред. В.П. Глушко. М.: «Советская энциклопедия», 1985). В этом положении космонавт фиксируется привязной системой.There is a method of ensuring astronauts' portability of operational and emergency overloads in a spacecraft, which is currently used on the Soyuz spacecraft descent vehicles using the Kazbek astronaut’s cushioning seats (1. Website of Zvezda Research Institute npp.ru/kasbek .html; 2. Product “Kazbek-U.” Technical description and instruction manual 115-7500-0 TO, OJSC “NLP Zvezda” (bp 3927), 1985; 3. Barer A.S. Limit of tolerance.T.1. M: BLOCK-Inform-Express, 2012). The method consists in the fact that a gypsum cast is made from the body of an astronaut dressed in a flight suit, according to which a personal lodgement is cast from polymer material, tightly inserted into the seat frame, and each seat is equipped with an adjustable shock absorber, through which it is connected to the body of the descent vehicle ( CA). In this case, the relative position of the chair, shock absorber and the body of the SA is chosen so that the angle between the direction of overload and the longitudinal axis of the body (the so-called "physiological angle") is ≈78 °, which ensures maximum tolerance of overloads by humans ("Cosmonautics". Encyclopedia under Edited by V.P. Glushko. M.: “Soviet Encyclopedia”, 1985). In this position, the astronaut is fixed by a tethered system.
Известный способ обладает рядом недостатков:The known method has several disadvantages:
1. Персональный ложемент воспроизводит обводы тела космонавта в скафандре, в котором нет избыточного давления, что соответствует штатным условиям полета. Однако в одной из расчетных аварийных ситуаций, а именно при разгерметизации CA, скафандр наполняется кислородом под избыточным давлением, которое может поддерживаться в течение 125 минут. В этих условиях у космонавта, плотно зафиксированного в кресле привязной системой, может возникать существенный дискомфорт в области коленного сустава, когда естественная складка от скафандра под действием избыточного давления резко давит на область подколенной ямки и нижнюю поверхность голени. Это имеет место и в условиях наземных примерок кресел космонавтов, особенно тех, у кого угол в коленном суставе существенно ниже 70°.1. A personal lodgement reproduces the contours of the astronaut’s body in a spacesuit in which there is no excess pressure, which corresponds to standard flight conditions. However, in one of the calculated emergency situations, namely during depressurization of the CA, the spacesuit is filled with oxygen under excess pressure, which can be maintained for 125 minutes. Under these conditions, the astronaut, tightly fixed in the chair with a tethered system, can experience significant discomfort in the knee joint, when the natural fold from the spacesuit under the influence of excessive pressure sharply presses on the popliteal fossa and the lower surface of the lower leg. This also takes place in the conditions of ground-based fitting of astronauts' chairs, especially those whose angle in the knee joint is significantly lower than 70 °.
По данным обмеров 178 космонавтов и астронавтов за последние 12 лет, только 1% приближается по этому показателю к оптимальному значению, а у 80% контингента этот угол составляет всего 40°…50°. Космонавты, как правило, успешно переносят этот дискомфорт в наземных условиях, наряду с прочими трудностями подготовки к полету, но в условиях невесомости дискомфорт может стать неприемлемым, так как ухудшение кровотока в нижних конечностях создает предпосылки для появления декомпрессионных расстройств.According to measurements of 178 cosmonauts and astronauts over the past 12 years, only 1% is approaching the optimal value for this indicator, and in 80% of the contingent this angle is only 40 ° ... 50 °. Astronauts, as a rule, successfully endure this discomfort in ground conditions, along with other difficulties in preparing for the flight, but in zero gravity conditions, discomfort can become unacceptable, as the deterioration of blood flow in the lower extremities creates the prerequisites for the appearance of decompression disorders.
2. Известно также, что после длительного пребывания в условиях невесомости происходит удлинение позвоночного столба космонавта, т.е. увеличение «роста сидя», достигающее в некоторых случаях 30 мм, что заставляет изготавливать ложемент с соответствующим зазором, снижающим плотность прилегания тела космонавта к ложементу на начальной фазе полета.2. It is also known that after a long stay in zero gravity, the astronaut’s spinal column lengthens, ie an increase in "sitting height", which in some cases reaches 30 mm, which makes it necessary to produce a lodgement with an appropriate gap that reduces the tightness of the cosmonaut's body to the lodgement at the initial phase of flight.
3. Использование в составе кресла одного амортизатора, ориентированного в направлении действия перегрузок «грудь-спина», не позволяет в достаточной степени ослабить перегрузки в направлении «голова-таз», возникающие при приземлении на наклонную поверхность грунта в пересеченной местности или при наличии ветрового сноса парашютирующего CA.3. The use of a single shock absorber in the chair, oriented in the direction of the "chest-back" overloads, does not sufficiently reduce the overloads in the "head-pelvis" direction that occur when landing on an inclined ground in rough terrain or in the presence of wind drift parachuting CA.
Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, а именно: повышение переносимости космонавтом перегрузок, возникающих в расчетных аварийных ситуациях, при сохранении достаточной переносимости перегрузок штатного полета, за счет обеспечения возможности самостоятельного регулирования (корректировки) позы космонавта в кресле и дополнительной амортизации ударных перегрузок в направлении «грудь-спина».The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, namely: increasing the astronaut's tolerance of overloads arising in the design emergency situations, while maintaining sufficient portability of regular flight overloads, by ensuring the possibility of independent adjustment (adjustment) of the astronaut's posture in the chair and additional shock absorption in the direction of " chest-back. "
Поставленная задача решается следующим образом:The problem is solved as follows:
1. Кресло изготавливают в виде набора локальных ложементов для головы, торса, таза, бедер, голеней и ступней. Ложементы выполняют сборными и раздвижными в пределах реального диапазона антропометрических размеров соответствующих частей тела предполагаемого контингента космонавтов женского и мужского полов. Ложементы размещают на наклонном жестком основании с помощью подвижных соединений так, чтобы взаимное расположение ложементов воспроизводило позу человека «сидя с согнутыми коленями». Это позволяет настроить оптимальное положение космонавта в соответствии с его индивидуальными антропометрическими параметрами и корректировать геометрию кресла при изменении этих параметров в таких расчетных ситуациях, как наличие давления в полетном скафандре или удлинение позвоночного столба космонавта после длительного пребывания в условиях невесомости.1. The chair is made in the form of a set of local lodges for the head, torso, pelvis, hips, legs and feet. Lodgements are performed by teams and sliding within the real range of anthropometric dimensions of the corresponding parts of the body of the alleged contingent of female and male cosmonauts. The lodgements are placed on an inclined rigid base using movable joints so that the mutual arrangement of the lodgements reproduces the person’s position “sitting with bent knees”. This allows you to adjust the optimal position of the astronaut in accordance with his individual anthropometric parameters and adjust the geometry of the chair when changing these parameters in such design situations as the presence of pressure in the flight suit or lengthening of the astronaut's spinal column after a long stay in zero gravity.
2. Основание кресла снабжают как минимум двумя амортизаторами, один из которых, как и в прототипе, соединяет кресло с корпусом СА со стороны головы и воспринимает нагрузки в направлении «грудь-спина», а второй устанавливают внутри кресла так, чтобы он воспринимал нагрузки в направлении «голова-таз», возникающие в случае приземления CA под острыми углами к поверхности грунта, что имеет место при ветровом сносе CA и/или в условиях пересеченной местности.2. The base of the chair is equipped with at least two shock absorbers, one of which, as in the prototype, connects the chair to the body of the CA from the side of the head and receives loads in the "chest-back" direction, and the second is installed inside the chair so that it receives loads in head-pelvis direction, arising in the event of a CA landing at sharp angles to the soil surface, which occurs during wind drift CA and / or in rough terrain.
Ниже излагается реализация предлагаемого способа применительно к CA, близкому по эксплуатационным характеристикам к CA космического транспортного корабля типа «Союз».The implementation of the proposed method with reference to a CA similar in operational characteristics to a CA of a Soyuz space transport vehicle is described below.
При выборе оптимальной позы учитываются физиологические особенности человеческого организма, а также ограничения, налагаемые стесненными условиями внутри CA, ориентацией CA относительно вектора перегрузок на активных участках полета и относительно направления силы тяжести на этапе приземления.When choosing the optimal pose, the physiological characteristics of the human body are taken into account, as well as the restrictions imposed by the constrained conditions inside the CA, the orientation of the CA relative to the overload vector in the active sections of the flight, and relative to the direction of gravity at the landing stage.
Учитывая, что на динамических участках полета угол между осью аппарата и вектором перегрузки составляет 5°, для создания оптимальной позы с «физиологическим углом» 78° необходимо, чтобы плоскость, на которой устанавливаются ложементы для головы, торса и таза, была наклонена к плоскости пола СА под углом 90°+5°-78°=17° (фиг.1).Given that in the dynamic sections of the flight the angle between the axis of the apparatus and the overload vector is 5 °, in order to create an optimal pose with a “physiological angle” of 78 °, it is necessary that the plane on which the lodgements for the head, torso and pelvis are mounted is inclined to the floor plane CA at an angle of 90 ° + 5 ° -78 ° = 17 ° (Fig. 1).
Оптимизация позы космонавта в отношении величины углов в суставах ног с физиологической точки зрения должна идти в направлении приближения их величины по крайней мере к 90°. В пределах интерьера CA этого нельзя добиться за счет выпрямления ног вдоль оси тела. Применяя регулировки ложементов по предлагаемому способу (фиг.2), можно увеличить углы в коленном и голеностопном суставах за счет подъема подножки стопы вверх для любого сочетания антропометрических параметров (роста, полной длины ноги, длины бедра, голени, обхвата бедер и др.) в контингенте космонавтов.Optimization of the astronaut's posture regarding the angle in the joints of the legs from a physiological point of view should go in the direction of approaching their magnitude to at least 90 °. Within the CA interior, this cannot be achieved by straightening the legs along the axis of the body. Applying the adjustment of the lodgment according to the proposed method (figure 2), it is possible to increase the angles in the knee and ankle joints by lifting the foot steps up for any combination of anthropometric parameters (height, full leg length, hip length, lower leg, hip circumference, etc.) contingent of astronauts.
Приемлемая поза для испытателей минимальной и максимальной антропометрии достигается при углах в коленном и тазобедренном суставах 70° и 62° соответственно. Приемлемость подтверждается результатами трехчасового нахождения в данной позе пяти испытателей, из которых никто не отмечал прилива крови к голове или охлаждения ног в области стоп и существенного дискомфорта от давления складок скафандра, в т.ч. с расчетным избыточным давлением 0,4 кгс/см2.An acceptable posture for testers of minimum and maximum anthropometry is achieved at angles in the knee and hip joints of 70 ° and 62 °, respectively. Acceptability is confirmed by the results of a three-hour stay in this pose of five testers, of whom no one noted a rush of blood to the head or cooling of the legs in the feet and significant discomfort from the pressure of the folds of the suit, including with a design overpressure of 0.4 kgf / cm 2 .
Выбранная оптимальная поза, в которой фиксируется космонавт, обеспечивает ему без каких-либо дополнительных мероприятий достаточную переносимость перегрузок относительно стабильного направления и величины, создаваемых силой тяги или силой аэродинамического торможения на динамических участках полета. Однако на этапе приземления CA находится под действием сил тяжести и инерции, и в момент контакта с землей имеют место случайные факторы (ветер, неровности грунта), что приводит к перегрузкам ударного типа в направлениях, существенно отличных от направления «спина-грудь». Из практики приземления CA космических кораблей типа «Союз» известен диапазон наиболее вероятных условий соударения CA с Землей. В частности, углы отклонения продольной оси CA от нормали к грунту находятся в пределах 15°, а горизонтальная составляющая скорости CA в аварийном случае отказа двигателей мягкой посадки может достигать 15 м/с. С учетом этой статистики и расположения каждого кресла в CA определяют составляющие силы динамической реакции, создающей ударные перегрузки на кресло.The chosen optimal posture, in which the astronaut is fixed, provides him without any additional measures with sufficient tolerance of overloads with respect to the stable direction and magnitude created by the traction force or the force of aerodynamic braking in dynamic sections of the flight. However, at the landing stage, CA is under the influence of gravity and inertia, and at the moment of contact with the ground there are random factors (wind, ground irregularities), which leads to shock-type overloads in directions significantly different from the back-chest direction. From the practice of landing CA spacecraft of the Soyuz type, the range of the most probable conditions of the collision of CA with the Earth is known. In particular, the deviation angles of the longitudinal axis CA from the normal to the ground are within 15 °, and the horizontal component of the velocity CA in the emergency case of a soft landing engine failure can reach 15 m / s. Based on these statistics and the location of each chair in CA, the components of the dynamic reaction force that create shock loads on the chair are determined.
Исходя из допустимого уровня травмоопасности космонавтов и используя известные критерии травмоопасности (например, по стандарту NASA-STD-3000 или по OCT B1 02652-88), определяют значения максимально допустимых динамических реакций модели человека (мужской и женской соответственно) на возникающие перегрузки при трехосном нагружении. Сравнивая эти значения с ударными перегрузками, действующими на кресло в случае аварийного приземления, расчетным путем определяют величину и направление импульса ударных перегрузок, который подлежит амортизации. Соответственно определяется номинальная длина хода каждого амортизатора, на основании чего выбирается конструкция амортизатора, его размеры, способы установки на кресле и регулировки по индивидуальным антропометрическим параметрам космонавта. При этом может быть применен четырехрежимный способ регулировки в зависимости от статического момента, создаваемого весом космонавта :Based on the acceptable level of injury risk for astronauts and using well-known injury criteria (for example, according to the NASA-STD-3000 standard or OCT B1 02652-88), the values of the maximum allowable dynamic reactions of a human model (male and female, respectively) to the occurring overloads under triaxial loading are determined . Comparing these values with shock overloads acting on the seat in the event of an emergency landing, calculate the magnitude and direction of the shock overload pulse, which is subject to depreciation, by calculation. Accordingly, the nominal stroke length of each shock absorber is determined, based on which the design of the shock absorber, its dimensions, installation methods on the chair and adjustment according to individual anthropometric parameters of the astronaut are selected. In this case, a four-mode adjustment method can be applied depending on the static moment created by the weight of the astronaut:
Потребный режим выбирается в зависимости от статического момента, получаемого для каждого космонавта по результатам центровки.The required mode is selected depending on the static moment obtained for each astronaut according to the alignment results.
В качестве примера исполнения амортизационной схемы кресла по предлагаемому способу на фиг.3. приведена модель распределения усилий между амортизаторами, на фиг.4 - график, иллюстрирующий снижение перегрузок приземления на кресле за счет вертикального амортизатора, на фиг.5 - график, иллюстрирующий снижение перегрузок приземления на кресле за счет горизонтального амортизатора.As an example of the execution of the depreciation scheme of the chair according to the proposed method in figure 3. a model of the distribution of forces between shock absorbers is shown, Fig. 4 is a graph illustrating the reduction in landing loads on the chair due to the vertical shock absorber; Fig. 5 is a graph illustrating the reduction in landing loads on the chair due to the horizontal shock absorber.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет настраивать кресло космонавта в соответствии с его индивидуальными антропометрическими данными по состоянию на любой момент времени для любого расчетного режима полета и расширить диапазон амортизируемых аварийных перегрузок, тем самым обеспечивая переносимость перегрузок как в условиях штатной эксплуатации, так и при вероятных аварийных ситуациях.Thus, the proposed method allows you to configure the astronaut’s chair in accordance with its individual anthropometric data at any time for any calculated flight mode and expand the range of shock-absorbed emergency overloads, thereby ensuring portability of overloads both in normal operation and under probable emergency situations.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128660/11A RU2527615C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128660/11A RU2527615C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2527615C1 true RU2527615C1 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=51540064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013128660/11A RU2527615C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2527615C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117682110A (en) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 四川凌空天行科技有限公司 | Small-impact return cabin seat |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2750395A1 (en) * | 1996-07-01 | 1998-01-02 | Valery Pierre Camille | Method for shock absorbing and spreading of body acceleration forces during flight ejection |
| RU2116939C1 (en) * | 1997-07-22 | 1998-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" | Method of control of ejection seat operation |
| US6299103B1 (en) * | 1999-01-26 | 2001-10-09 | Simula, Inc. | Adjustable emergency ejection seat |
| CA2221325C (en) * | 1996-12-16 | 2005-02-08 | The Boeing Company | Reduced head impact seat system |
| RU2280592C1 (en) * | 2004-11-23 | 2006-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" | Method of generation of ejection seat parachute deployment command |
| EP1918197A2 (en) * | 2001-04-02 | 2008-05-07 | Arjuna Indraeswaran Rajasingham | Easy ejector with skeletal crash safety beam |
| US20100282902A1 (en) * | 2007-12-17 | 2010-11-11 | Arjuna Indraeswaran Rajasingham | Vehicle occupant support |
| US8191830B2 (en) * | 2007-03-05 | 2012-06-05 | Ami Industries, Inc. | Aircraft ejection seat with moveable headrest |
-
2013
- 2013-06-25 RU RU2013128660/11A patent/RU2527615C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2750395A1 (en) * | 1996-07-01 | 1998-01-02 | Valery Pierre Camille | Method for shock absorbing and spreading of body acceleration forces during flight ejection |
| CA2221325C (en) * | 1996-12-16 | 2005-02-08 | The Boeing Company | Reduced head impact seat system |
| RU2116939C1 (en) * | 1997-07-22 | 1998-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" | Method of control of ejection seat operation |
| US6299103B1 (en) * | 1999-01-26 | 2001-10-09 | Simula, Inc. | Adjustable emergency ejection seat |
| EP1918197A2 (en) * | 2001-04-02 | 2008-05-07 | Arjuna Indraeswaran Rajasingham | Easy ejector with skeletal crash safety beam |
| RU2280592C1 (en) * | 2004-11-23 | 2006-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" | Method of generation of ejection seat parachute deployment command |
| US8191830B2 (en) * | 2007-03-05 | 2012-06-05 | Ami Industries, Inc. | Aircraft ejection seat with moveable headrest |
| US20100282902A1 (en) * | 2007-12-17 | 2010-11-11 | Arjuna Indraeswaran Rajasingham | Vehicle occupant support |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117682110A (en) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 四川凌空天行科技有限公司 | Small-impact return cabin seat |
| CN117682110B (en) * | 2024-02-02 | 2024-05-07 | 四川凌空天行科技有限公司 | Small-impact return cabin seat |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210100339A1 (en) | Harness for carrying a load | |
| Chow et al. | The effect of backpack weight on the standing posture and balance of schoolgirls with adolescent idiopathic scoliosis and normal controls | |
| US5558399A (en) | Seat and lumbar motion chair, assembly and method | |
| EP2822426B1 (en) | Balance bed | |
| KR20190124775A (en) | Orthopedic standing and walking aids | |
| RU2527615C1 (en) | Provision of operating and emergent g-tolerance in spacecraft | |
| Serber | The study of lumbar motion in seating | |
| US20080079299A1 (en) | Seating support system processes and products thereby including high performance applications and tools | |
| RU2527603C1 (en) | Astronaut seat | |
| RU149079U1 (en) | CHAIR OF THE FLIGHT CREW WITH A CUP FOR A PARAMET (OPTIONS) | |
| RU2620443C2 (en) | Flight crew seat (options) | |
| Kamper et al. | Postural stability of wheelchair users exposed to sustained, external perturbations | |
| RU2399012C1 (en) | Anti-torpedo seat of vehicle | |
| EP2899063A1 (en) | Self-levelling seating platform | |
| RU2489669C1 (en) | Vehicle mineproof seat | |
| RU202205U1 (en) | Exoskeleton to facilitate human movement of cargo | |
| Gohmert | Seating considerations for spaceflight: the human to machine interface | |
| RU134900U1 (en) | CHAIR OF THE COSMONAUT | |
| Piovesan et al. | Combining gait trainers and partial weight bearing lifters: A dynamic analysis of seat-to-stand transition | |
| Barratt | Space physiology and medicine | |
| Petersen et al. | Reduced Gravity by Lower Body Positive Pressure | |
| RU2620703C2 (en) | Human-operator distributed protection method from shock overloads | |
| RU2509005C1 (en) | Carrier damping seat | |
| WO2018178851A3 (en) | Inflatable bladder and system including same | |
| Khieu et al. | Lower Body Negative Pressure for Artificial Gravity in Space |